CN116683885B - 一种具有活塞模式的声表面波装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有活塞模式的声表面波装置，涉及声表面波器件技术领域，该装置包括压电基板和设置在其上的叉指换能器电极，叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、沿平行于汇流条延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指；两种汇流条均包括汇流条内侧部、汇流条外侧部和用于连接两者的汇流条连接部；每根第一电极指的连接端连接第一汇流条的汇流条内侧部，每根第二电极指的连接端连接第二汇流条的汇流条内侧部；汇流条连接部具有平行于电极指延伸方向的多根汇流条连接指，任一汇流条的汇流条连接指的指条数与所有电极指的指条数之和的比值小于0.5，可以同时实现装置的高Q值性能和抑制横模杂波效果。

Description

一种具有活塞模式的声表面波装置
技术领域
本发明涉及声表面波器件技术领域，尤其是一种具有活塞模式的声表面波装置。
背景技术
在传统技术中，已知声表面波装置通常利用活塞模式来抑制横模杂波的产生，所谓的活塞模式为在叉指换能器的电极指所延伸的方向上，在电极指中央区域的外侧依次设置低音速部和高音速部，其中高音速部是由与一侧的汇流条101连接的电极指103a沿着声表面波传播方向配置形成的，如图1所示。由于位于高音速部的电极指103a与位于中央区域的电极指103b为同一叉指电极，因此，位于高音速部的电极指103a的指条数与位于中央区域的电极指103b、104b的指条数的比值通常为0.50，导致高音速部中传播的声表面波的音速相对在中央区域中传播的声表面波的音速的提高程度有限、且大致固定，从而会限制利用活塞模式来抑制寄生横模杂波的效果。因此，需要一种新方案，可以在高音速部获得更大的声速提升，从而实现更好地横模杂波抑制效果。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有活塞模式的声表面波装置，本发明的技术方案如下：
一种具有活塞模式的声表面波装置，包括压电基板和设置在压电基板上的叉指换能器电极，叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、在沿平行于第一汇流条和第二汇流条的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指；第一汇流条和第二汇流条均包括汇流条内侧部、汇流条连接部和汇流条外侧部，汇流条内侧部和汇流条外侧部之间通过汇流条连接部电连接；每根第一电极指的连接端连接第一汇流条的汇流条内侧部，每根第二电极指的连接端连接第二汇流条的汇流条内侧部；汇流条连接部具有平行于电极指延伸方向的多根汇流条连接指，任一汇流条的汇流条连接指的指条数与第一和第二电极指的指条数之和的比值小于0.5。
其进一步的技术方案为，任一汇流条的汇流条连接指的指条数与第一和第二电极指的指条数之和的比值范围为[0.25,0.45]。
其进一步的技术方案为，在电极指延伸方向上，第一电极指和第二电极指均包括电极指激发部、在电极指激发部两侧的电极指增重部、在一个电极指增重部外侧的电极指连接部；电极指增重部和电极指连接部共同作为第一或第二电极指的连接端，每根第一电极指中另一个作为非连接端的电极指增重部朝向第二汇流条，并与汇流条内侧部间隔对置，每根第二电极指中另一个作为非连接端的电极指增重部朝向第一汇流条，并与汇流条内侧部间隔对置。
其进一步的技术方案为，每根第一和第二电极指的电极指激发部、电极指增重部、电极指连接部沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成中央区域、第一低音速部、第一高音速部；第一和第二汇流条的汇流条内侧部、汇流条连接部沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成第二低音速部、第二高音速部；
在第一低音速部和第二低音速部中传播的声表面波的音速低于在中央区域中传播的声表面波的音速，在第一高音速部和第二高音速部中传播的声表面波的音速高于在中央区域中传播的声表面波的音速，从而形成活塞模式。
其进一步的技术方案为，在靠近第一汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的宽度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部的宽度，且在靠近第二汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的宽度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部的宽度；其中，宽度方向平行于声表面波传播方向。
其进一步的技术方案为，在靠近第一汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的高度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部的高度，且在靠近第二汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的高度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部的高度；其中，高度方向同时垂直于声表面波传播方向和电极指延伸方向。
其进一步的技术方案为，沿电极指延伸的方向上，位于电极指连接部的第一或第二电极指的指条的单位长度质量是位于电极指激发部的第一或第二电极指的指条的单位长度质量的0.7-1.3倍。
其进一步的技术方案为，第一汇流条的汇流条内侧部具有沿着第一包络线延伸方向布置的一个条状图案，第一包络线为将多根第二电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线；第二汇流条的汇流条内侧部具有沿着第二包络线延伸方向布置的一个条状图案，第二包络线为将多根第一电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线。
其进一步的技术方案为，第一汇流条的汇流条内侧部具有沿着第一包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，第一包络线为将多根第二电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线；第二汇流条的汇流条内侧部具有沿着第二包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，第二包络线为将多根第一电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线。
其进一步的技术方案为，压电基板选用具有压电性的块体材料，或者，压电基板选用块体材料和位于块体材料上方的具有压电性的薄膜材料。
本发明的有益技术效果是：
本申请通过将第一汇流条和第二汇流条进一步划分成包含汇流条内侧部、汇流条连接部和汇流条外侧部的汇流条结构，并与第一电极指和第二电极指共同构建活塞模式，相比于图1示意的传统的声表面波装置，本装置抑制横模杂波的效果更好；并且通过适当设置位于第二高音速部的汇流条连接指的指条数与第一电极指和第二电极指的指条数之和的比值，既可以获得更优的横模杂波抑制效果，又可以保证声表面波装置的电阻值不会太大，从而确保装置的高Q值性能。
附图说明
图1是传统的声表面波装置示意图。
图2是本申请提供的具有活塞模式的声表面波装置的概略俯视图。
图3是实施例一提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图，其中：(a)概略俯视图；(b)实际俯视图。
图4是实施例二提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图。
图5是实施例三提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图。
图6是实施例四提供的声表面波装置中叉指换能器电极的示意图。
图7是声表面波装置在不同汇流条连接指的指条数与第一电极指和第二电极指的指条数之和的比值(FR)下的阻抗曲线图，其中：(a)FR＝0.50；(b)FR＝0.45；(c)FR＝0.35；(d)FR＝0.25；(e)FR＝0.15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图2所示，本申请提供了一种具有活塞模式的声表面波装置，包括压电基板21、设置在压电基板21上的叉指换能器电极22和两个反射器电极23A、23B，可选的，还包括直接设置在叉指换能器电极22和反射器电极23A、23B上的温度补偿层。其中，压电基板21选用具有压电性的块体材料，或者，压电基板21选用块体材料和位于块体材料上方的具有压电性的薄膜材料。可选的，块体材料和具有压电性的薄膜材料之间还可以叠加其他材料以提升声表面波装置的性能，具体可以根据实际情况选择。定义平行于坐标系中的x轴的方向为电极指排列方向，该方向也为声表面波传播方向，定义平行于坐标系中的y轴的方向为电极指延伸方向，定义平行于坐标系中的z轴的方向为声表面波装置的高度方向。则两个反射器电极23A、23B沿x轴方向分别布置在叉指换能器电极22的两侧。
在本实施例中，压电基板21选用厚为600nm的128°YX-LiNbO3，叉指换能器电极22和反射器电极23A、23B选用主要由较薄的Ti粘附层和较厚的Cu主体层构成的多层复合电极，多层复合电极可等效为厚124nm的Cu电极，温度补偿层选用厚为544.6nm的SiO2层。
进一步地，每一个反射器电极都包括多根反射栅电极指以及在多根反射栅电极指延伸方向上相互对置的第三汇流条和第四汇流条，多根反射栅电极指都具有各自的第一端部和第二端部，反射栅电极指的第一端部与第三汇流条直接连接，反射栅电极指的第二端部与第四汇流条直接连接。
其中，在叉指换能器电极22中形成活塞模式，能够有效抑制横模杂波的影响，下面给出几个实施例分别详细介绍叉指换能器电极22的结构组成。
实施例一：
图2所示的叉指换能器电极22在图3(a)中以叉指换能器电极32的样式进行说明。叉指换能器电极32包括相互对置的第一汇流条301和第二汇流条302、在沿平行于第一汇流条301和第二汇流条302的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指303和多根第二电极指304。
第一汇流条301和第二汇流条302均包括汇流条内侧部311、汇流条连接部312和汇流条外侧部313，汇流条内侧部311和汇流条外侧部313之间通过汇流条连接部312电连接。在电极指延伸方向上，第一电极指303和第二电极指304均包括电极指激发部314、在电极指激发部314两侧的电极指增重部315、在一个电极指增重部315外侧的电极指连接部316。电极指增重部315和电极指连接部316共同作为第一电极指303或第二电极指304的连接端，每根第一电极指303的连接端连接第一汇流条301的汇流条内侧部311，每根第二电极指304的连接端连接第二汇流条302的汇流条内侧部311。每根第一电极指303中另一个作为非连接端的电极指增重部315朝向第二汇流条302，并与汇流条内侧部311间隔对置，每根第二电极指304中另一个作为非连接端的电极指增重部315朝向第一汇流条301，并与汇流条内侧部311间隔对置。
每根第一电极指303和第二电极指304的电极指激发部314、电极指增重部315、电极指连接部316沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成中央区域3a、第一低音速部3b1和3b2、第一高音速部3c1和3c2。第一汇流条301和第二汇流条302的汇流条内侧部311、汇流条连接部312沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成第二低音速部3d1和3d2、第二高音速部3e1和3e2。
其中，第一低音速部3b1和3b2设置为：在靠近第一汇流条301一侧的所有电极指增重部315中，至少有一个电极指增重部315的宽度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部314的宽度，且在靠近第二汇流条302一侧的所有电极指增重部315中，至少有一个电极指增重部315的宽度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部314的宽度。和/或，在靠近第一汇流条301一侧的所有电极指增重部315中，至少有一个电极指增重部315的高度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部314的高度，且在靠近第二汇流条302一侧的所有电极指增重部315中，至少有一个电极指增重部315的高度大于电极指增重部所在电极指的电极指激发部314的高度。其中，宽度方向平行于声表面波传播方向，高度方向同时垂直于声表面波传播方向和电极指延伸方向。
其中，第一高音速部3c1和3c2设置为：沿电极指延伸的方向上，位于电极指连接部316的第一电极指303或第二电极指304的指条的单位长度质量是位于电极指激发部314的第一电极指303或第二电极指304的指条的单位长度质量的0.7-1.3倍。
通过上述设置，使得在第一低音速部3b1、3b2和第二低音速部3d1、3d2中传播的声表面波的音速低于在中央区域3a中传播的声表面波的音速，在第一高音速部3c1、3c2和第二高音速部3e1、3e2中传播的声表面波的音速高于在中央区域3a中传播的声表面波的音速，从而形成活塞模式。
申请人在研究了传统的声表面波装置发现，通过减少位于高音速部的汇流条连接指的指条数，可以进一步提升在高音速部中传播的声表面波的音速，并实现更好的横模杂波抑制效果。在本实施例中，汇流条连接部312具有平行于电极指延伸方向的多根汇流条连接指317，任一汇流条的汇流条连接指317的指条数与第一电极指303和第二电极指304的指条数之和的比值小于0.5。经进一步研究发现，当位于第二高音速部3e1、3e2的汇流条连接指317的指条数减少到某一临界值时，则会出现声表面波装置的阻抗值增大的新问题，这是由于此时汇流条连接指317的指条数减少导致汇流条连接部312的电阻太大。声表面波装置的阻抗值过大会导致器件Q值降低，因而是不可接受的。因此，申请人认为，通过适当设置位于第二高音速部3e1、3e2的汇流条连接指317的指条数与第一电极指303和第二电极指304的指条数之和的比值FR，既可以获得更优的横模杂波抑制效果，又保证声表面波装置的电阻值不会太大。在此基础上，将任一汇流条的汇流条连接指317的指条数与第一电极指303和第二电极指304的指条数之和的比值范围设置为[0.25,0.45]。
进一步地，第一汇流条301的汇流条内侧部311具有沿着第一包络线延伸方向布置的一个条状图案，第一包络线为将多根第二电极指304的非连接端依次连接形成的虚拟线l1，第二电极指304的非连接端即为不与第一汇流条301的汇流条内侧部311连接的一端。同样的，第二汇流条302的汇流条内侧部311具有沿着第二包络线延伸方向布置的一个条状图案，第二包络线为将多根第一电极指303的非连接端依次连接形成的虚拟线l2，第一电极指303的非连接端即为不与第二汇流条302的汇流条内侧部311连接的一端。
在本实施例中，叉指换能器电极32具体设置成：叉指换能器电极32中的电极指周期p为1.68μm；反射器电极的反射栅电极指根数均为20根；令FR＝0.25，则第一电极指303和第二电极指304的指条数总和为80根，汇流条连接指317的指条数为20根，最终制备得到的叉指换能器电极32结构如图3(b)所示。
实施例二：
图2所示的叉指换能器电极22在图4中以叉指换能器电极42的样式进行说明。叉指换能器电极42包括相互对置的第一汇流条401和第二汇流条402、在沿平行于第一汇流条401和第二汇流条402的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指403和多根第二电极指404。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同、选材相同、具体设置参数相同，区别在于：
第一汇流条401的汇流条内侧部411具有沿着第一包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，第一包络线为将多根第二电极指404的非连接端依次连接形成的虚拟线l1，第二电极指404的非连接端即为不与第一汇流条401的汇流条内侧部411连接的一端。同样的，第二汇流条402的汇流条内侧部411具有沿着第二包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，第二包络线为将多根第一电极指403的非连接端依次连接形成的虚拟线l2，第一电极指403的非连接端即为不与第二汇流条402的汇流条内侧部411连接的一端。
实施例三：
图2所示的叉指换能器电极22在图5中以叉指换能器电极52的样式进行说明。叉指换能器电极52包括相互对置的第一汇流条501和第二汇流条502、在沿平行于第一汇流条501和第二汇流条502的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指503和多根第二电极指504。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同、选材相同，区别在于：
在本实施例中，叉指换能器电极52具体设置成：叉指换能器电极52中的电极指周期p为1.68μm；反射器电极的反射栅电极指根数均为20根；令FR＝0.35，则在第一电极指503和第二电极指504的指条数总和仍为80根时，汇流条连接指517的指条数为28根，最终制备得到的叉指换能器电极52结构如图5所示。
实施例四：
图2所示的叉指换能器电极22在图6中以叉指换能器电极62的样式进行说明。叉指换能器电极62包括相互对置的第一汇流条601和第二汇流条602、在沿平行于第一汇流条601和第二汇流条602的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指603和多根第二电极指604。这些结构与实施例一提供的叉指换能器电极32的连接方式相同、选材相同，区别在于：
在本实施例中，叉指换能器电极62具体设置成：叉指换能器电极62中的电极指周期p为1.68μm；反射器电极的反射栅电极指根数均为20根；令FR＝0.45，则在第一电极指603和第二电极指604的指条数总和仍为80根时，汇流条连接指617的指条数为36根，最终制备得到的叉指换能器电极62结构如图6所示。
对实施例一、三、四提供的各个声表面波装置，以及作为对照例的声表面波装置进行实测，绘制声表面波装置在不同汇流条连接指的指条数与第一电极指和第二电极指的指条数之和的比值(FR)下的阻抗曲线图。如图7(a)所示，当FR取值0.50时，作为对照例的声表面波装置的阻抗曲线波动明显，横模杂波抑制不够，此时谐振频率点的阻抗值为11.2dB。如图7(b)所示，当FR降至0.45时，实施例四提供的声表面波装置的阻抗曲线显示横模杂波抑制较好，谐振频率点的阻抗值升至11.4dB。如图7(c)所示，当FR降至0.35时，实施例三提供的声表面波装置的阻抗曲线显示横模杂波抑制良好，谐振频率点的阻抗值升至11.7dB。如图7(d)所示，当FR降至0.25时，实施例一提供的声表面波装置的阻抗曲线显示横模杂波抑制良好，谐振频率点的阻抗值升至12.1dB。如图7(e)所示，当FR降至0.15时，作为对照例的声表面波装置的阻抗曲线显示横模杂波抑制良好，但谐振频率点的阻抗值升至19.8dB，电极电阻太大，导致声表面波装置损耗太大。
综上所述，当FR取值范围设置在0.25～0.45时，具有活塞模式的声表面波装置的阻抗曲线显示横模杂波抑制较好，且谐振频率点的阻抗值恶化也在接受范围内。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，包括压电基板和设置在所述压电基板上的叉指换能器电极，所述叉指换能器电极包括相互对置的第一汇流条和第二汇流条、在沿平行于所述第一汇流条和第二汇流条的延伸方向上间隔交错设置的多根第一电极指和多根第二电极指；所述第一汇流条和所述第二汇流条均包括汇流条内侧部、汇流条连接部和汇流条外侧部，所述汇流条内侧部和所述汇流条外侧部之间通过所述汇流条连接部电连接；每根所述第一电极指的连接端连接所述第一汇流条的汇流条内侧部，每根所述第二电极指的连接端连接所述第二汇流条的汇流条内侧部； 所述汇流条连接部具有平行于电极指延伸方向的多根汇流条连接指，任一汇流条的汇流条连接指的指条数与所述第一和第二电极指的指条数之和的比值小于0.5；
在电极指延伸方向上，所述第一电极指和所述第二电极指均包括电极指激发部、在电极指激发部两侧的电极指增重部、在一个电极指增重部外侧的电极指连接部；每根第一和第二电极指的电极指激发部、电极指增重部、电极指连接部沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成中央区域、第一低音速部、第一高音速部；第一和第二汇流条的汇流条内侧部、汇流条连接部沿平行于声表面波传播方向的投影区域依次形成第二低音速部、第二高音速部；
在所述第一低音速部和所述第二低音速部中传播的声表面波的音速低于在所述中央区域中传播的声表面波的音速，在所述第一高音速部和所述第二高音速部中传播的声表面波的音速高于在所述中央区域中传播的声表面波的音速，从而形成所述活塞模式。
2.根据权利要求1所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，任一汇流条的汇流条连接指的指条数与所述第一和第二电极指的指条数之和的比值范围为[0.25,0.45]。
3.根据权利要求1所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，所述电极指增重部和所述电极指连接部共同作为第一或第二电极指的连接端，每根所述第一电极指中另一个作为非连接端的电极指增重部朝向所述第二汇流条，并与所述汇流条内侧部间隔对置，每根所述第二电极指中另一个作为非连接端的电极指增重部朝向所述第一汇流条，并与所述汇流条内侧部间隔对置。
4.根据权利要求3所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，在靠近第一汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的宽度大于所述电极指增重部所在电极指的电极指激发部的宽度，且在靠近所述第二汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的宽度大于所述电极指增重部所在电极指的电极指激发部的宽度；其中，宽度方向平行于声表面波传播方向。
5.根据权利要求3所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，在靠近第一汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的高度大于所述电极指增重部所在电极指的电极指激发部的高度，且在靠近所述第二汇流条一侧的所有电极指增重部中，至少有一个电极指增重部的高度大于所述电极指增重部所在电极指的电极指激发部的高度；其中，高度方向同时垂直于声表面波传播方向和电极指延伸方向。
6.根据权利要求3所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，沿电极指延伸的方向上，位于所述电极指连接部的第一或第二电极指的指条的单位长度质量是位于所述电极指激发部的第一或第二电极指的指条的单位长度质量的0.7-1.3倍。
7.根据权利要求1-3任一所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，所述第一汇流条的汇流条内侧部具有沿着第一包络线延伸方向布置的一个条状图案，所述第一包络线为将多根所述第二电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线；所述第二汇流条的汇流条内侧部具有沿着第二包络线延伸方向布置的一个条状图案，所述第二包络线为将多根所述第一电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线。
8.根据权利要求1-3任一所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，所述第一汇流条的汇流条内侧部具有沿着第一包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，所述第一包络线为将多根所述第二电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线；所述第二汇流条的汇流条内侧部具有沿着第二包络线延伸方向间隔布置的多个条状图案，所述第二包络线为将多根所述第一电极指的非连接端依次连接形成的虚拟线。
9.根据权利要求1所述的具有活塞模式的声表面波装置，其特征在于，所述压电基板选用具有压电性的块体材料，或者，所述压电基板选用块体材料和位于所述块体材料上方的具有压电性的薄膜材料。
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